振冲法在苏泗庄水闸地基加固中的应用

鲍文强

（鄄城县水务局苏泗庄引黄灌区管理处，山东 鄄城 274600）

苏泗庄引黄灌区位于山东省鄄城中南部，灌区总面积为 678.9km2，设计灌溉面积 3.07×104hm2，灌区内主要农作物为：小麦、玉米等。拟建分水闸位于三干渠左岸，桩号8+650，水闸中线垂直干渠中线，与支渠中线一致。闸室主体段采用C30钢筋混凝土，沿水流方向闸室底板长为4.3m，垂直方向宽为3.2m，底板厚为0.6m。水闸仅设一个净宽为2.0m的闸孔，闸墩厚0.6m。

水闸地基以砂土为主，两岸存在少量淤泥、黏土，地基土主要问题是淤泥、黏土承载力较低以及砂土液化。

1 地基加固处理

1.1 处理方案

针对表层的淤泥、黏土采用挖掘机清理，换填为中粗砂，形成振冲施工面。设计振冲管径为377mm，采用等边三角形布置，孔距为1.7m，沉管需进入砾石层，深度为6.0m，振动器功率为75kW。

设计沉管速度为1～2m/min，设计成孔水压为0.6MPa，当沉管达到6.0m时，需要停止振动1～2min。拔管速度应在1～1.5m/min范围内，拔管是利用人工将中粗砂回填至振冲孔内，回填料振实后，进行下一次上提振冲器，单次上提高度为0.4m，直至达到地面高度。

1.2 现场试验

根据现场调查结果可知，基础埋深范围内的砂土结构松散，标准贯入试验N’63.5不大于3，采用振冲挤密的方法加固地基。

试验前后标准贯入试验击数对比见图1。从图1可知，加固后锤击数明显提升，达到了8～10次，大于锤击数大于6次的设计要求。

图1 加固前后锤击平均数对比

为研究地基处理后砂桩、桩间土以及复合地基的承载力，采用载荷试验，试验结果见表1。

根据表1结果可知，通过振冲处理，地基承载力提升较大，其中砂桩承载力为466kPa，桩间土在挤密作用力承载力也提高至178kPa，复合地基承载力为245kPa，满足承载力设计要求。

2 加固效果数值模拟分析

2.1 数值模拟模型建立

根据现场勘察，水闸地基岩土体从上至下依次为：填砂土（1.0m）、中粗砂（2.0m）、夹砂淤泥（1.0m）、中粗砂（2.5m）。根据设计桩长6.0m，深入至从上至下第二层中粗砂层中。桩间距为1.7m，桩径为377mm，根据地层特征以及振冲桩特征，建立FLAC数值模拟模型，研究水闸施工及后期运行期间振冲桩、桩间土应力应变特征。

表1 载荷试验结果

2.2 数值模拟计算结果分析

1）沉降变形分析。振冲桩和桩间土沉降变形结果见图2。从图2可知，在水闸施工及后期运行过程中，振冲桩和桩间土的沉降量逐渐增大，变形速度在施工完成后逐渐降低。在水闸施工初期，振冲桩和桩间土沉降差值较小，这主要是由于建设初期上部荷载较小，桩间土和振冲桩以相同的变形速率发生沉降变形。随着水闸的不断施工建设，上部荷载逐渐增大，大于桩间土承载力时，桩间土以较大的变形速度发生沉降，振冲桩与桩间土的沉降差值逐渐增大，在水闸施工完工期达到最大值。之后，随着荷载的稳定，振冲桩与桩间土沉降差值减小，桩、土共同承担水闸在地基中形成的应力。

图2 沉降变形监测结果

2）桩土应力比分析。桩土应力比为振冲桩与桩间土所承受应力的比值。桩土应力比计算结果见图3。从图3可知，在水闸建设初期，荷载处于桩间土承载力范围，桩土应力比处于较小的水平，表明桩土所承受应力差值较小。在水闸的不断施工过程中，荷载不断增大，直至桩间土所承担应力大于其承载力，此时，振冲桩承载主要的主应力，桩土应力比逐渐增大，在水闸完工时，桩土应力比达到最大值。当荷载稳定后，桩间土固结后承载力提升，此时，桩土应力比值下降并逐渐趋于稳定值。

图3 桩土应力比

3 结语

1）通过分析，振冲法加固松散砂土地基主要包括两方面作用：挤密效应、排水减压效应。

2）结合苏泗庄引黄灌区水闸建设工程实例，采用标贯试验、载荷试验研究振冲法加固地基效果，加固后地基密实度和承载力均得到提升。

3）通过数值模拟试验研究加固后地基沉降控制效果及桩土应力比。采用振冲法加固地基沉降变形量不大于35mm，且桩土沉降差值稳定后的数值小于2mm，桩土应力比也小于1.，加固效果较好。